CN109607710A - 一种旋转式连续性电容去离子脱盐装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种旋转式连续性电容去离子脱盐装置，包括传动系统、给水系统、电容去离子系统和供能系统；通过传送带旋转带动电极在脱盐区域、密封区域、再生区域、脱水区域转换；两脱盐区域中间为吸附流道，通过吸附流道的苦咸水中离子被吸附至电极表面，达到对苦咸水的脱盐作用；两再生区域中间为脱附流道，电极吸附的离子重新释放至浓缩盐水中，达到电极再生的目的；利用电极的转换，达到对苦咸水连续性脱盐的作用。本发明通过改变电容去离子脱盐装置的工作结构，达到了在电容去离子脱盐装置吸附流道对水体进行连续性脱盐，并在吸附流道出口端获得连续稳定的纯净水的目的，有效提高电容去离子的脱盐效率。
Description
技术领域
本发明涉及脱盐技术，特别涉及一种旋转式传送带为基础的连续性电容去离子脱盐装置，可以适用于含有无机盐的废水净化、含钙镁离子的硬质水软化、含重金属离子的饮用水净化、低盐浓度地表水净化。
背景技术
淡水资源作为人类生活的必需品，其储存量的紧缺成为急需解决的问题。如果能够将海水或者苦咸水转换为纯净水，将有效解决淡水资源紧缺的问题。
世界上比较广泛使用的脱盐技术有蒸馏法、电渗析法、离子交换法和反渗透法等。随着技术发展，目前占据主要地位的是反渗透法(64％)，多级闪蒸法(23％)和多效蒸馏法(8％)，其他脱盐技术因为价格、脱盐效率及应用规模等问题而不具有市场竞争力，但以上方法也存在不足之处。反渗透法尽管有着操作简单，出水纯度高的特点，但工艺中需要高驱动能量，和定时清洗反渗透膜，高驱动能量带来高能耗，而清洗工艺也会带来二次污染。蒸馏法淡化海水时，设备占地面积大且设备易结垢。电渗析法需要高电压的工作条件，能耗高，难以推广。因此，发展低能耗、低成本、工艺简单，环境友好的新型脱盐技术意义重大。
电容去离子，其依靠外加电压及高比表面积电极强大的吸附能力，对离子实现周期性地吸附与脱附，达到苦咸水脱盐的目的，具有能耗低，无二次污染等显著优点。在以往的研究中，着重于材料和操作方面的影响，由于电容去离子技术存在周期性的充电和放电过程，传统的设备无法对水体实现连续性的脱盐，存在效率低下，脱盐率低等问题。
发明内容
本发明的目的是解决传统电容去离子脱盐过程中由于电极周期性充电放电所带来的生产不连续，提供一种旋转式连续性电容去离子脱盐装置。本发明构建电容去离子系统、传动系统、供能系统和给水系统，通过传送带旋转带动电极在四个工作区域转换，固定工作区域的电极始终处于相同工作状态，即将电极的充电和放电过程在不同的工作区域进行，最终使得苦咸水能够连续稳定的处于脱盐的状态，达到连续性脱盐的目的。
本发明所采用的技术方案是：一种旋转式连续性电容去离子脱盐装置，包括：
传动系统，包括若干组传送带，若干组所述传送带并列布置且相邻所述传送带之间留有空隙，每组所述传送带沿旋转方向分为：脱盐区域、密封区域、再生区域、脱水区域；相邻所述传送带的旋转方向相反，且，所述传送带的脱盐区域与一侧相邻的传送带的脱盐区域相对、再生区域与另一侧相邻的传送带的再生区域相对；
给水系统，包括吸附流道和脱附流道，所述吸附流道设置在相邻所述传送带的相对的脱盐区域之间，所述脱附流道设置在相邻所述传送带的相对的再生区域之间；
电容去离子系统，包括电极和集流体，所述集流体、电极依次固定连接在所述传送带的外侧，随所述传送带旋转；
供能系统，包括电源；
相邻所述传送带的相对的脱盐区域内的所述电极分别连接所述电源的正、负极，用于在相邻所述传送带的相对的脱盐区域内的所述电极之间形成静电场，吸附所述吸附流道内的水体中的离子；
同一所述传送带的脱盐区域和再生区域内的所述电极分别连接所述电源的正、负极，用于改变从脱盐区域旋转至再生区域的所述电极的电性，使吸附于所述电极表面的离子被释放到所述脱附流道中。
进一步的，所述传动系统还包括转动电机、橡胶垫片和半圆形挡板；所述传送带由所述转动电机驱动；所述橡胶垫片固定连接在所述传送带上，每两个相邻所述电极之间均设置一个所述橡胶垫片；所述半圆形挡板设置在所述传送带的密封区域的外侧。
进一步的，所述传送带呈跑道型布置，所述传送带的宽度方向与跑道平面垂直；所述传送带的脱盐区域和再生区域分别为位于所述传送带的直边段，密封区域和脱水区域分别位于所述传送带的弯边段。
进一步的，所述给水系统还包括蠕动泵，所述蠕动泵分别设置在所述吸附流道和脱附流道的入水口，为所述吸附流道的入水口注入苦咸水、为所述脱附流道的入水口注入浓缩盐水；所述苦咸水浓度为1g/L～15g/L，流量为1mL/s～10mL/s；所述浓缩盐水浓度为40g/L～60g/L，流量为1mL/s～10mL/s。
进一步的，所述集流体为导电金属片，位于所述电极与所述传送带之间，并与所述电极紧密接触；所述集流体的上端为长方形突出，作为电流接收器。
进一步的，所述电极采用活性炭布。
进一步的，所述供能系统还包括导电电刷，所述导电电刷为长方体状石墨块，固定在所述传送带的脱盐区域和再生区域的上方，与随所述传送带转动至所述脱盐区域和再生区域内的所述集流体的上端长方形突出相接触。
进一步的，所述电源采用梯度式供电，在所述传送带的脱盐区域的电压范围为0～1V，在所述传送带的再生区域的电压范围为-0.6～0V，呈梯度式变化，变化梯度为0.1V～0.4V。
本发明的有益效果是：本发明一种旋转式连续性电容去离子脱盐装置，通过改变电容去离子装置的工作结构，达到了在电容去离子装置吸附流道对水体进行连续性脱盐，并在吸附流道出口端获得连续稳定的纯净水的目的，有效提高电容去离子的脱盐效率，对电容去离子技术从实验室阶段向实际生产阶段的推广提供了一种可行的方案。本发明所设计的电容去离子脱盐装置，在脱盐过程中依靠双电层电容对水中离子进行物理吸附，不涉及其他过程，具有耗能低的显著优点，也不会生成其他附加产物，无二次污染。同时，由于该装置吸附流道与脱附流道独立运行，脱附流道中的水可以循环利用，所以纯净水的转化率也有所提高。
附图说明
图1：本发明一种旋转式连续性电容去离子脱盐装置的结构示意图；
图2：本发明传送带、集流体、电极和橡胶垫片的装配位置示意图；
图3：本发明半圆形挡板装配位置示意图。
附图标注：1-直流电源、2-半圆形挡板、3-电极、4-集流体、5-转动电机、6-导电电刷、7-橡胶垫片、8-蠕动泵、9-苦咸水蓄水池、10-脱盐水蓄水池、11-浓缩盐水蓄水池、12-传送带。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
本发明一种旋转式连续性电容去离子脱盐装置，以分区域工作的传送带12为基础，电极3依附于传送带12且随传送带12转动，实现电极3的动态转换以及脱盐区域的稳定运行，达到对苦咸水的连续性脱盐的目的。
如附图1所示，一种旋转式连续性电容去离子脱盐装置，包括电容去离子系统、传动系统、供能系统和给水系统四部分。
所述传动系统为装置的基础，包括传送带12、转动电机5、橡胶垫片7、半圆形挡板2及相对应的传动零件。所述传送带12设置有若干组，若干组所述传送带12并列布置且相邻所述传送带12之间留有空隙；所述传送带12呈跑道型布置，所述传送带12的宽度方向与跑道平面垂直；所述传送带12沿旋转方向分为：脱盐区域、密封区域、再生区域、脱水区域，所述传送带12的脱盐区域和再生区域分别为位于所述传送带12的直边段，密封区域和脱水区域分别位于所述传送带12的弯边段；所述传送带12的宽度为3～20cm，直边段长度为10～100cm，弯边段半径为10～30cm，所述传送带12的设置组数为10～100组。所述传送带12由所述转动电机5驱动，相邻所述传送带12的旋转方向相反，且，所述传送带12的脱盐区域与其一侧相邻的传送带12的脱盐区域相对、再生区域与其另一侧相邻的传送带12的再生区域相对。所述橡胶垫片7固定连接在所述传送带12上，每两个相邻电极3之间均设置一个所述橡胶垫片7，所述橡胶垫片7的长度3～20cm，宽度为1.3～5.3mm，厚度为0.3～1mm。如图3所示，所述半圆形挡板2设置在所述传送带12的密封区域的外侧，与所述传送带12的间距略小于所述橡胶垫片7的宽度，所述半圆形挡板2的半径为10.12～30.52cm。
所述给水系统，包括蠕动泵8、吸附流道、脱附流道、分别连接吸附流道入水口和脱附流道入水口的进水管、分别连接吸附流道出水口和脱附流道出水口的出水管及相应的导流装置。所述吸附流道设置在相邻所述传送带12的相对的脱盐区域之间，所述脱附流道设置在相邻所述传送带12的相对的再生区域之间。所述蠕动泵8分别设置在所述吸附流道和脱附流道的入水口，为所述吸附流道的入水口注入苦咸水和为所述脱附流道的入水口注入浓缩盐水。所述苦咸水浓度为1g/L～15g/L，流量为1mL/s～10mL/s，由苦咸水蓄水池9经所述蠕动泵8进入所述吸附流道，最后排入至脱盐水蓄水池10；所述浓缩盐水浓度为40g/L～60g/L，流量为1mL/s～10mL/s，由浓缩盐水蓄水池11经所述蠕动泵8进入所述脱附流道，最后回流至所述浓缩盐水蓄水池11。
所述电容去离子系统包括电极3和集流体4。如图2所示，所述集流体4、电极3依次固定连接在所述传送带12的外侧，通过卡具固定，并依次无间隙紧密接触。所述集流体4和电极3随所述传送带12旋转，与所述传送带12运动状态一致。所述电极3采用活性炭布，其长度为3～20cm，宽度为0.5～5cm，厚度为1～5mm。所述集流体4为稳定导电金属片，位于所述电极3与所述传送带12之间，并与所述电极3紧密接触；所述集流体4的上端为长方形突出，作为电流接收器，其长度和宽度与所述电极3大小一致，厚度为0.05～2mm。
所述供能系统包括直流电源1、导电电刷6及相应的连接装置。相邻所述传送带12的相对的脱盐区域内的所述电极3分别连接所述直流电源1的正、负极，用于在相邻所述传送带12的相对的脱盐区域内的所述电极3之间形成静电场，吸附所述吸附流道内的水体中的离子；同一所述传送带12的脱盐区域和再生区域内的所述电极3分别连接所述直流电源1的正、负极，用于改变从脱盐区域旋转至再生区域的所述电极3的电性，使吸附于所述电极3表面的离子被释放到所述脱附流道中。所述直流电源1的供电方式为梯度式供电，在所述传送带12的脱盐区域电压范围为0～1V，在所述传送带12的再生区域电压范围为-0.6～0V，呈梯度式变化，变化梯度为0.1V～0.4V。所述导电电刷6由所述直流电源1供电；所述导电电刷6为长方体状石墨块，固定在所述传送带12的脱盐区域和再生区域的上方，高度与所述集流体4的上端长方形突出高度一致，所述长方体状石墨块的位置要求能与所述集流体4的上端长方形突出接触良好，与随所述传送带12转动至所述脱盐区域和再生区域内的所述集流体4的上端长方形突出相接触。在所述传送带12的脱盐区域内的电极3，通过所述导电电刷6与所述集流体4的接触，由所述直流电源1对其进行充电形成双电层，将所述吸附流道苦咸水中的离子吸附并储存，在所述传送带12的再生区域内的电极3，同样经由所述导电电刷6与所述集流体4的接触，通过所述直流电源1对其进行放电，电极3电性改变，吸附于电极3表面的离子被释放到脱附流道的浓缩盐水中，从而将所述吸附流道离子转移到所述脱附流道，完成所述吸附流道水体的净化过程。所述长方体状石墨块与所述传送带12的直边段呈现3～5°夹角，长度为2～50cm，宽度为2～5cm，厚度为1～3cm。
对于单组传送带12以及传送带12上的电极3，电极3按照脱盐区域、密封区域、再生区域、脱水区域依次移动。脱盐区域位于吸附流道中，吸附流道上方的导电电刷6，有直流电源1提供0V～1V的稳定电压，由于电极3巨大的比表面积以及双电层作用，正负极电极3分别吸附水体中的阴阳离子，达到对苦咸水脱盐的目的。随后，电极3随传送带12转动到密封区域，传送带12、半圆形挡板2、电极3两侧的橡胶垫片7共同构成一个密闭区域，将吸附饱和的电极3以及电极3内部的水一同转移至脱附流道。在脱附流道内有直流电源1提供-0.6V～0V的稳定电压，由于同性相斥，电极3表面的离子重新释放到水体中。在脱水区域，采用挤压的方式，对电极3进行初步的脱水，防止脱附流道内的水进入吸附流道，以免不必要的盐浓度提升以及能量损耗。
实施例1
本发明实施例1中，传送带12宽度为2cm，直边段长度可以为10cm，弯边段半径可以为10cm，传送带12内部由固定形状框架支撑。多组传送带12并列放置。
本发明实施例1中，相邻两组传送带12转动方向相反。
本发明实施例1中，电极3厚度可以为2mm，长度与传送带12宽度一致，宽度可以为0.5。其放置方向为长度方向与传送带12宽度方向一致。
本发明实施例1中，半圆形挡板2宽度与传送带12宽度一致，半圆形挡板2半径为传送带12弯边段半径+电极3厚度+0.2cm。橡胶垫片7厚度受少许压力不变形为准，宽度为传送带12弯边段半径与半圆形挡板2半径的差值，其放置方向为长度方向与传送带12宽度方向一致，宽度方向与传送带12垂直。
本发明实施例1中，吸附流道中直流电源1可以有2组，分别为0.5V和0.1V。脱附流道中直流电源1可以有2组，分别为-0.6V和-0.3V。导电电刷6个数与电源组数相同，长度和与传送带12直边长相同，放置方向与传送带12相同。
本发明实施例1中，吸附流道位于相邻脱盐区域中间位置，其宽度为相邻脱盐区域的间距，宽度为0.5cm。脱附流道位于相邻再生区域中间位置，其宽度与吸附流道设置相同。
本发明实施例1中，吸附流道入水口紧靠无半圆形挡板2的传送带12弯边段侧，单个流道流量为1mL/s，苦咸水浓度为1g/L。出水口位于吸附流道另一端，苦咸水经过处理后从吸附流道出水口流出，离子浓度降低为为0.7g/L。在脱附流道的入水口单个流道为1mL/s，浓度为20g/L。
实施例2
本发明实施例2中，传送带12宽度可以为7cm，直边段长度可以为100cm，弯边段半径可以为30cm，传送带12内部由固定形状框架支撑。多组传送带12并列放置。
本发明实施例2中，相邻两组传送带12转动方向相反。
本发明实施例2中，电极3厚度可以为4mm，长度与传送带12宽度一致，宽度可以为6cm。其放置方向为长度方向与传送带12宽度方向一致。
本发明实施例2中，半圆形挡板2宽度与传送带12宽度一致，半圆形挡板2半径为传送带12弯边段半径+电极3厚度+0.2cm。橡胶垫片7厚度受少许压力不变形为准，宽度为传送带12弯边段半径与半圆形挡板2半径的差值，其放置方向为长度方向与传送带12宽度方向一致，宽度方向与传送带12垂直。
本发明实施例2中，吸附流道中直流电源1可以有5组，分别为0.2V、0.4V、0.6V、0.8V、1.0V。脱附流道中直流电源1可以有3组，分别为-0.6V、-0.4V、-0.2V。导电电刷6个数与电源组数相同，长度和与传送带12直边长相同，放置方向与传送带12相同。
本发明实施例2中，吸附流道位于相邻脱盐区域中间位置，其宽度为相邻脱盐区域的间距，宽度为10cm。脱附流道位于相邻再生区域中间位置，其宽度与吸附流道设置相同。
本发明实施例2中，吸附流道入水口紧靠无半圆形挡板2的传送带12弯边段侧，单个流道流量为10mL/s，苦咸水浓度为5g/L。出水口位于吸附流道另一端，苦咸水经过处理后从吸附流道出水口流出，离子浓度降低为8g/L。在脱附流道的入水口单个流道为10mL/s，浓度为20g/L。
实施例3
本发明实施例3中，传送带12宽度可以为5cm，直边段长度可以为300cm，弯边段半径可以为20cm，传送2内部由固定形状框架支撑。多组传送带12并列放置。
本发明实施例3中，相邻两组传送带12转动方向相反。
本发明实施例3中，电极3厚度可以为3mm，长度与传送带12宽度一致，宽度可以为2cm。其放置方向为长度方向与传送带12宽度方向一致。
本发明实施例3中，半圆形挡板2宽度与传送带12宽度一致，半圆形挡板2半径为传送带12弯边段半径+电极3厚度+0.2cm。橡胶垫片7厚度受少许压力不变形为准，宽度为传送带12弯边段半径与半圆形挡板2半径的差值，其放置方向为长度方向与传送带12宽度方向一致，宽度方向与传送带12垂直。
本发明实施例3中，吸附流道中直流电源1可以有3组，分别为0.2V、0.6V、1.0V。脱附流道中直流电源1可以有2组，分别为-0.6V、-0.3V。石墨块导电电刷6个数与电源组数相同，长度和与传送带12直边长相同，放置方向与传送带12相同。
本发明实施例中，吸附流道位于相邻脱盐区域中间位置，其宽度为相邻脱盐区域的间距，宽度为3cm。脱附流道位于相邻再生区域中间位置，其宽度与吸附流道设置相同。
本发明实施例3中，吸附流道入水口紧靠无半圆形挡板2的传送带12弯边段侧，单个流道流量为5mL/s，苦咸水浓度为3g/L。出水口位于吸附流道另一端，苦咸水经过处理后从吸附流道出水口流出，离子浓度降低为2.3g/L。在脱附流道的入水口单个流道为5mL/s，浓度为10g/L。
综上，本发明一种旋转式连续性电容去离子脱盐装置，可以适用但不局限于含有无机盐的废水净化、含钙镁离子的硬质水软化、含重金属离子的饮用水净化、低盐浓度地表水净化。本发明脱盐装置由电容去离子系统、传动系统、供能系统、给水系统组成。通过传送带12旋转带动电极3在脱盐区域、密封区域、再生区域、脱水区域转换。两脱盐区域中间为吸附流道，通过吸附流道的苦咸水中离子被吸附至电极3表面，达到对苦咸水的脱盐作用。两再生区域中间为脱附流道，电极3吸附的离子重新释放至浓缩盐水中，达到电极3再生的目的。利用电极3的转换，达到对苦咸水连续性脱盐的作用。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种旋转式连续性电容去离子脱盐装置，其特征在于，包括：
传动系统，包括若干组传送带(12)，若干组所述传送带(12)并列布置且相邻所述传送带(12)之间留有空隙，每组所述传送带(12)沿旋转方向分为：脱盐区域、密封区域、再生区域、脱水区域；相邻所述传送带(12)的旋转方向相反，且，所述传送带(12)的脱盐区域与一侧相邻的传送带(12)的脱盐区域相对、再生区域与另一侧相邻的传送带(12)的再生区域相对；
给水系统，包括吸附流道和脱附流道，所述吸附流道设置在相邻所述传送带(12)的相对的脱盐区域之间，所述脱附流道设置在相邻所述传送带(12)的相对的再生区域之间；
电容去离子系统，包括电极(3)和集流体(4)，所述集流体(4)、电极(3)依次固定连接在所述传送带(12)的外侧，随所述传送带(12)旋转；
供能系统，包括电源；
相邻所述传送带(12)的相对的脱盐区域内的所述电极(3)分别连接所述电源的正、负极，用于在相邻所述传送带(12)的相对的脱盐区域内的所述电极(3)之间形成静电场，吸附所述吸附流道内的水体中的离子；
同一所述传送带(12)的脱盐区域和再生区域内的所述电极(3)分别连接所述电源的正、负极，用于改变从脱盐区域旋转至再生区域的所述电极(3)的电性，使吸附于所述电极(3)表面的离子被释放到所述脱附流道中。
2.根据权利要求1所述的一种旋转式连续性电容去离子脱盐装置，其特征在于，所述传动系统还包括转动电机(5)、橡胶垫片(7)和半圆形挡板(2)；所述传送带(12)由所述转动电机(5)驱动；所述橡胶垫片(7)固定连接在所述传送带(12)上，每两个相邻所述电极(3)之间均设置一个所述橡胶垫片(7)；所述半圆形挡板(2)设置在所述传送带(12)的密封区域的外侧。
3.根据权利要求1所述的一种旋转式连续性电容去离子脱盐装置，其特征在于，所述传送带(12)呈跑道型布置，所述传送带(12)的宽度方向与跑道平面垂直；所述传送带(12)的脱盐区域和再生区域分别为位于所述传送带(12)的直边段，密封区域和脱水区域分别位于所述传送带(12)的弯边段。
4.根据权利要求1所述的一种旋转式连续性电容去离子脱盐装置，其特征在于，所述给水系统还包括蠕动泵(8)，所述蠕动泵(8)分别设置在所述吸附流道和脱附流道的入水口，为所述吸附流道的入水口注入苦咸水、为所述脱附流道的入水口注入浓缩盐水；所述苦咸水浓度为1g/L～15g/L，流量为1mL/s～10mL/s；所述浓缩盐水浓度为40g/L～60g/L，流量为1mL/s～10mL/s。
5.根据权利要求1所述的一种旋转式连续性电容去离子脱盐装置，其特征在于，所述集流体(4)为导电金属片，位于所述电极(3)与所述传送带(12)之间，并与所述电极(3)紧密接触；所述集流体(4)的上端为长方形突出，作为电流接收器。
6.根据权利要求1所述的一种旋转式连续性电容去离子脱盐装置，其特征在于，所述电极(3)采用活性炭布。
7.根据权利要求1所述的一种旋转式连续性电容去离子脱盐装置，其特征在于，所述供能系统还包括导电电刷(6)，所述导电电刷(6)为长方体状石墨块，固定在所述传送带(12)的脱盐区域和再生区域的上方，与随所述传送带(12)转动至所述脱盐区域和再生区域内的所述集流体(4)的上端长方形突出相接触。
8.根据权利要求1所述的一种旋转式连续性电容去离子脱盐装置，其特征在于，所述电源采用梯度式供电，在所述传送带(12)的脱盐区域的电压范围为0～1V，在所述传送带(12)的再生区域的电压范围为-0.6～0V，呈梯度式变化，变化梯度为0.1V～0.4V。
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